[发明专利]一种电热互联综合能源系统辐射状热网模型及其系统

说明书

本发明基于传热学原理和管网基本理论，推导和建立了一种可快速求解的电热互联综合能源系统辐射状热网模型，该模型将温度与流量解耦，将供水网络与回水网络解耦，无需迭代求解非线性方程组，短距离管道只需求解一元一次方程，长距离管道只需求解一元二次方程，且误差分析表明该模型求解精度非常高，模型简单，计算量小，且不存在收敛性问题。算例分析验证了本发明所提模型的有效性与合理性。

技术领域

本发明属于能源技术领域，涉及综合能源系统运行的调度与控制，为一种电热互联综合能源系统辐射状热网模型。

背景技术

随着社会的不断发展，化石能源短缺以及环境污染问题不容忽视，为缓解难题，能源互联网应运而生。能源互联网可涵盖供电、供气、供暖、供冷、供氢和电气化交通等能源系统。其中，随着热电联产机组的逐步应用，目前热电联供网络发展也最为迅速。

目前，电力系统中辐射型配电网潮流算法已经较为成熟，如前推回带法、ZBUS高斯法、直接法、快速解耦法、改进牛顿法、网络化简法等。但辐射型热网潮流计算问题，国内外研究较少，Bohm B等人提出了几种热力系统的建模方法，但都较为简单，模拟实际生产程度不高。LIU X等人建立了电-热互联综合能源系统稳态模型，并提出一种有效的潮流计算方法，但模型复杂，计算量大。刘述欣等提出了热力系统潮流计算的前推回带模型及其快速算法，但该方法仍需设定初值且可能出现不收敛情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题：现有辐射型热网潮流计算的模型不能满足实际计算需求，本发明据此提出一种电热互联综合能源系统辐射状热网模型，计算量小，不存在收敛性问题。

本发明的技术方案为：一种电热互联综合能源系统辐射状热网模型，电热互联综合能源系统分为水力模型和热力模型，水力模型有两类约束方程：节点流量平衡方程和压头损失方程：

其中，A为网络关联矩阵，为热网管道流量，为节点流入负荷流量，h_f为由摩擦损失引起的管道压降，K为管道阻力系数；

热力模型有两类约束方程：热负荷功率方程、管道温降方程：

其中，式(9)为热负荷功率方程，式(10)为管道温降方程，式(11)为节点功率守恒方程，Φ为热负荷，T_s为节点供水温度，T_o为节点回水温度，T_start为管道首端温度，T_end为管道末端温度，T_a为外界环境温度，λ为传热系数，L为管道长度，C_p是水比热容，m_in是流入节点的管道流量，m_out是流出节点的管道流量，T_in是输入管道末端的温度，T_out是节点混合温度；

其特征是，将温度与流量解耦，将供水网络与回水网络解耦，首先将热网中管道温降方程，即式(10)泰勒展开，保留2阶项，则有：

对于理想辐射状热网中的相邻节点1与节点2，分别运用式(14)计算管道温降，可得：

将式(20)推广至多根管道有：

实际热网管道流量m₁≠m₂≠…≠m_i，因此式(21)为近似模型，令则有：